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近年来国内外学者已经在城市地表径流污染领域开展了大量研究，取得了不少成果，但总体来看，在理论上和指导实践上尚有一些亟待解决的问题。理论研究方面的问题主要体现在以下几个方面。
（1）对城市地表径流的研究多集中于常规污染物，对地表径流中持久性有毒物质污染特征的定量分析和时空规律研究不足。以往关于持久性有毒物质的环境赋存和归趋的研究多集中于地表水体（河、湖、近海）及沉积物、土壤、大气等介质，对于城市地表环境中持久性有毒污染物的迁移、转化和负荷较少涉及。在城市地表径流污染中，研究者多关注氮、磷、重金属等污染物，对持久性有毒物质的污染特征认识不足。以多环芳烃这类在城市环境中广泛分布的持久性有毒物质为例，它们具有种类多、分布广、对人类危害大的特点。城市环境中的多环芳烃主要来自于化石燃料的不完全燃烧过程，如居民取暖、机动车排放、燃煤/燃油锅炉排放等。近年来北京城市的快速发展使得煤、油等能源的消耗量日益增加，环境中多环芳烃的浓度水平也呈逐年上升的趋势（曾凡刚等，2002；刘大锰等，2003；张逸等，2004），目前北京市的大气污染类型已经由煤烟型污染转变为煤烟—石油复合型污染，环境中多环芳烃等持久性有毒物质的污染压力突出。
（2）缺乏对城市降雨过程中污染物迁移所涉各环境过程的整体性研究，以及对地表污染物累积和径流冲刷综合过程的定量模拟。污染物在城市降雨过程中迁移所涉及的环境过程主要包括降雨冲刷、树冠水冲刷、地表冲刷等。降雨冲刷过程是持久性有毒物质由大气向地表迁移的一个重要途径，也是污染物从大气中去除的主要机制；树冠穿透水污染物在树冠叶面的释放与截留，以及污染物由树冠穿透水向地表水体的传输是污染物城市水文循环的一个组成部分；地表径流冲刷则是污染物晴天累积和雨天冲刷等多过程的综合反映，也是城市非点源污染物进入地表水体的主要过程。在这一系列过程中雨水、树冠穿透水、地表径流等是污染物迁移的主要载体。目前对持久性有毒污染物在这一体系中的污染特征和环境行为的整体研究比较薄弱。此外，在城市非点源污染的定量模拟方面，以往研究多侧重于城市水文过程，缺乏对地表径流污染累积和冲刷综合过程的数学模拟。经典的城市非点源污染模型（如SWMM）原则上可用于模拟任何污染物的环境过程。然而，持久性有毒污染物在城市地表过程的迁移转化行为与传统的污染物，如氮、磷营养盐、悬浮物和重金属等，存在较为显著的差异，因此，必须在环境过程机理研究的基础上对现有模型进行创新性改进，才能对城市地表径流中持久性有毒污染物的迁移和非点源污染负荷进行合理的数学模拟，进而为环境管理提供有效的技术支撑。
（3）地表径流的初期冲刷研究尚有待提高。地表径流研究中的一个重要内容是径流的初期冲刷现象，即地表径流所冲刷的污染物主要集中在初期径流中。初期径流的处理对于城市雨洪管理和雨水综合利用具有重要意义，科学的、具有可操作性的初期冲刷判断可以为城市地表径流污染的治理和控制提供科学的依据。从目前国内外的文献来看，对初期冲刷尚缺乏明确可定量且操作性强的判定方法。同时，由于初期冲刷的区域性特征很强，受流域面积、降雨强度、降雨类型、排放源、地表材料类型等因素影响，因此，应该将初期冲刷的判定与区域特征条件相结合，设定有针对性的径流处理模式。
由于上述理论方面的不足，目前相关研究在指导城市地表径流持久性有毒物质污染控制实践方面主要存在以下问题。
（1）难以协助评估雨水径流利用的安全性。雨水径流综合利用是北方半干旱和干旱地区水资源利用的一个重要部分，由于对城市地表累积、雨水和树冠水冲刷、不透水地表径流等环境过程中持久性有毒物质的污染负荷和时空变化规律缺乏整体性研究，对城市流域持久性有毒物质的污染情况和风险认识不足，雨水径流集蓄利用的安全性尚需进一步探讨。
（2）难以协助进行污染雨水径流的截留输送和处理系统的设计。由于对径流初期冲刷的研究相当薄弱，实际操作中无法清晰准确地对初期冲刷进行定量判断，不能有效地指导初期径流污染物的拦截输送系统的设计，也无法为设计成本有效的地表径流处理系统提供科学的参考依据。